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压力容器用不锈钢典型几种介绍

压力容器用不锈钢典型几种介绍表1 不同钢种的用途表2中有关各种环境条件的评述仅想起一种抛砖引玉的作用。

上面谈的各钢种一直成功地应用着,而且也值得进行试验。

表2 不同环境下钢的适用性4.7.2、在一般腐蚀环境中不锈钢的合理选用在一般腐蚀,即产生全面腐蚀的环境中,选用不锈钢主要考虑它们的耐一般腐蚀的性能。

但这并不等于说,在这些腐蚀环境中,不锈钢就不产生局部腐蚀。

有关耐局部腐蚀用不锈钢的选材问题,将在下一节讨论。

常见的一般腐蚀环境种类繁多,很难一一列举。

本书主要涉及大气、水(淡水,工业水,海水等)、酸、碱、盐等环境中不锈钢的选材问题。

有关高温下耐化学腐蚀的选材则属于耐热钢考虑的问题。

1、大气环境中的选用根据潮湿程度,大气一般分为干燥大气,潮大气和湿大气。

它们对钢的腐蚀性则随大气潮湿程度的增加而提高。

为了耐大气腐蚀,不锈钢的选材一般是按Cr13型→Cr17型→18-8型次序[1]。

最高选用18-8型Cr-Ni奥氏体钢便可满足耐蚀的要求,个别条件下才选18-14-2型不锈钢。

根据所处的环境,大气又可分为农村大气、城市(工业)大气和海洋大气。

由于农村大气除潮湿外,一般很少污染,比较干净,因而对钢的腐蚀性较弱。

故常常选用Cr13型和Cr17型钢便可满足耐腐蚀的要求。

由于城市(工业)大气除潮湿外,还常常含有SO2、H2S、NH3、NO2以及CO2、Cl2等气体杂质和悬浮的颗粒、灰尘,而一些气体杂质溶于水中,降落或吸附到钢的表面上,然后再溶于水,均可形成C1-,H2SO4等腐蚀性较强的物质;一些悬浮颗粒和灰尘,有的溶于水后本身就具有腐蚀性,有的落在钢的表面上形成缝隙加速钢的腐蚀。

因此,对城市(工业)大气,若在室内,选用不锈钢时,虽仍可考虑选择Cr13型和Cr17型钢;但在室外,Cr17型钢则成为可供选用的最低牌号。

长期使用表明,虽然Cr17型钢表面上常常落有一层灰尘,但经清除后就会显露出并未受到腐蚀的原始的光亮表面。

当城市(工业)大气中有Cl2以及H2S,CO2等有害气体时,一般应选用18-8型钢,甚至选用含2%~3%Mo的18-14-2奥氏体不锈钢,才能取得满意的结果。

长期使用表明,如果年年进行清理,这些钢使用20~30年后仍会光亮如初。

许多用不锈钢制造的火车客车车箱,豪华商场、饭店、大厦的屋顶、外壁、内装饰等便是选用不锈钢的典型实例。

由于海洋大气既潮湿又含有NaCl等海盐粒子,因此Cl-腐蚀特别突出。

在这种腐蚀环境中,Cr13型和Cr17型不锈钢短期使用可产生一层锈膜,但主要危险是它们极易产生点蚀,特别是在近海和在海上更为明显。

而18-8型Cr- Ni不锈钢,如OCr19Ni9,OCr18Ni9,OOCr19Ni10,OCr18Ni11Ti等,在恶劣的海洋大气中也能生锈,但锈层一般很薄,极易清除掉。

含2%~3%Mo的18-14-2型奥氏体不锈钢是耐海洋大气腐蚀较理想的材料。

根据15年的试验,不仅一般腐蚀率很低(<2.54×10-5mm/a),而且点蚀很浅(0.024mm)。

在大气中还有可能选用其他不锈钢,例如,制表工业用的含S,含Se和S,Ca复合的Cr-Ni奥氏体不锈钢,主要是为了既耐蚀又易切削加工;一些紧固件,螺钉、螺帽、螺栓、螺丝等多选用含Cu2%~4%的Cr-Ni不锈钢,除耐蚀外,主要是为了提高紧固件的冷加工成形性能。

[1] Cr13型:指OCr13,1Cr13,2Cr13,3Cr13,3Cr13Mo等牌号;Cr17型:指OCr17Ti,OOCr17Ti,0Cr17,OOCr17等牌号;18-8型:指1Cr17Ni7,1Cr17Ni8,1Cr18Ni9,OCr19Ni9,OOCr19Ni9,1Cr18Ni9Ti,OCr18Ni11Ti等牌号[2]18-14-2型:指1Cr18Ni12Mo2Ti,OCr18Ni12Mo2Ti,OCr17Ni12Mo2,OOCr17Ni14Mo2等牌号。

2、水介质中的选用按水中含盐量的不同,水可分为高纯水,淡水,半咸水和海水。

高纯水中几乎不含盐,Cl-一般≤0.1ppm;淡水中含盐量低于0.05%;半咸水中含盐量在0.05%以上,但低于海水的含盐量;海水中含盐量达3%~3.5%。

不锈钢在水介质中,一般腐蚀并不是引起不锈钢腐蚀破坏的主要形式。

而最为常见的腐蚀破坏系来自局部腐蚀,特别是应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀。

这些将在下一节中讨论。

高纯水大量应用于核工业中,特别是以水作为冷却和工作介质的沸水和压水核反应堆中。

由于高纯水中Cl-和氧都很低(Cl-≤0.10ppm,[O]≤0.01ppm),不锈钢在此种条件下的腐蚀率很小,<0.01mm/a。

因此,水冷核反应堆中除核燃料包壳等少量材料外,大量选用不锈钢,说水冷核反应堆是不锈钢“堆”成的一点也不夸大。

所选用的主要牌号为0Cr19Ni9,00Cr19Ni11,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo2,0Cr18Ni11Ti 等。

近些年来,控氮的Cr-Ni奥氏体不锈钢,例如控氮的0Cr19Ni9,,00Cr19Ni11,00Cr17Ni14Mo2等大量用作堆内结构材料(法兰、堆内各种支撑件等)和主管道材料。

压水堆蒸汽发生器管材虽然已选用高镍耐蚀合金,但蒸发器隔板则选用0Cr13Al(AISI 405)铁素体不锈钢。

在水冷反应堆乏燃料储存装置中,除耐高纯水腐蚀外还要求具有热中子吸收能力,为此含硼的Cr-Ni不锈钢(OCr18Ni10B )获得了应用。

淡水中即使含有少量CL-和饱和氧,甚至还有其他杂质,但对不锈钢的一般腐蚀也是微不足道的。

因此,所有类型的不锈钢均可用于淡水相接触的环境中。

淡水在工业中(工业水),既可做介质又可做原料,因此用量极大。

在与工业水相接触的设备、部件中,最常选用的不锈钢是Cr13型、Cr17型和18-8型三类。

各种换热设备,例如换热器、蒸发器、冷却器、冷凝器、热交换器等的工作环境在工业水条件下是最苛刻的。

最常选用的是18- 8型钢,例如OCr18Ni11Ti,OCr19Ni9,OOCr19Ni11,有时也选用OCr17Ni12Mo2和OOCr17Ni14Mo2。

日常用的医疗器械、厨房设备和器具以及家庭用具等,既与大气接触,又常常受到淡水的腐蚀。

在这些条件下选用不锈钢,由于既美观、耐用、卫生,且清洗又非常方便,因而非常受欢迎。

在医疗器械中,做为外科手术刀、剪等,随要求的不同可选用3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、9Cr18、9Cr18MoV等不锈钢;作为人体植入器官,除人工关节等选用钴基合金等外,骨折治疗用植入器官仍多选用含2%~3%Mo 的不锈钢,如OCr17Ni12Mo2和OOCr17Ni14Mo2。

厨房设备和器具以及家庭用具,包括调理作业设备,调理台、运输车、洗刷台柜、烹调台等普遍选用OCr19Ni9 (或OCr18Ni11Ti)。

加热设备、灶具-即热水器、开水器、煤气灶等则多选用OCr17(Ti)、低C、N的OCr17MoTi 等,厨房机械,即洗碗机等,OCr19Ni9(或OCr18Ni11Ti)则是通用的牌号。

厨房器具中,锅、碗、瓢、勺等既要求有不锈性,又要求易冲压成形,一般中、低档可选用0Cr13、OCr17(Ti)等,而高档者则多选用OCr19Ni9(或OCr18Ni11Ti)。

目前,社会上流行所谓不锈钢和不锈铁,前者指18-8型的无磁(或弱磁)的Cr-Ni奥氏体不锈钢,而后者则指Cr13和Cr17型具有铁磁性的马氏体和铁素体不锈钢,人们在选用不锈钢制家用器具时,多以有无磁性来鉴别它们不锈性(或耐蚀性)的优劣。

实际上这是一种对不锈钢的误解。

我们认为,普通家用不锈钢器具只要选择合理并使用正确,即使有磁性的马氏体、铁素体不锈钢同样可满足要求,且价格便宜。

反之,即使选用无磁性的18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢也会发生锈蚀。

值得提出,对于刀、叉、匙等用具,由于有一定的硬度要求,1Cr13 和2Cr13,3Cr13作为餐具专用不锈钢已得到国内外的大量应用。

当然,有些高档的刀、叉、匙等也常常选用18-8型Cr-Ni不锈钢。

对于要求锋利度好的不锈钢刀具,4Cr13,3Cr13Mo,6Cr13Mo等受到了用户的欢迎。

需要指出,为了使不锈钢制的医疗器械,厨房设备和器具以及家庭用具能长期使用并保持光亮、不锈,在可能条件下尽量使它们处于干燥状态。

例如使用、清洗后立即擦干后再放置,并避免与酸、碱性物质长期接触是非常重要的。

在水电站的建设中,含泥砂的河水冲刷是不可避免的,超低碳马氏体不锈钢,例如OOCr13Ni4Mo,OOCr13Ni5Mo等获得了较好的应用。

在海水中,就一般腐蚀而言,不锈钢的腐蚀率并不高,但常用不锈钢在海水中的主要破坏形式是点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀,而且常常受到海水中的含氧量、氯离子浓度,海水与材料的相对流速,海水的污染情况,温度以及海生物等因素的直接影响。

一般说来,在室温(30℃)以下,可选用含Mo2%~4% 的OCr17Ni12Mo2 和OCr19Ni13Mo3等不锈钢;对40~50℃以下的海水,一般含Mo2%~3%的不锈钢已处于临界状态,稍有不慎,便可出现点蚀、缝隙腐蚀等破坏。

因此,必须选用高Cr 、Mo的奥氏体不锈钢,如OOCr18Ni16Mo5(N),OOCr20Ni25Mo4.5Cu(N),OOCr25Ni25Mo5N,OOCr20Ni18Mo6CuN,OOCr24Ni22Mo7Mn3CuN;α+γ双相不锈钢OOCr25Ni7Mo3N,OOCr25Ni7Mo3WCuN,铁素体不锈钢,00Cr26Mo1,OOCr25Ni4Mo4Ti,OOCr29Mo4Ni2,OOCr30Mo2等。

当选用不锈钢时,海水流速一般要求≥1.5m/s。

3、硝酸介质中的选用硝酸是重要的化工原料,它广泛应用于国民经济的许多部门。

无论是生产硝酸还是使用硝酸,都会遇到硝酸的腐蚀问题。

硝酸是强氧化性酸,即使是稀硝酸也具有很强的氧化性。

不锈钢由于在稀硝酸中极易钝化,因而具有良好的耐蚀性。

可以说几乎所有的不锈钢在稀硝酸中均有相当好的耐蚀能力。

由于18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢,例如OCr19Ni9,OOCr19Ni11,OCr18Ni11Ti(或1Cr18Ni9Ti )等既具有优异的耐稀硝酸性能,又有良好的力学、加工成形、焊接等综合性能,因而在≤65% 的稀HNO3中,这们是用量最大、应用范围最广的不锈钢。

同时,不含Mo的双相不锈钢,如OOCr25Ni6Ti,OOCr25Ni6N 等也取得很好的使用的效果。

本世纪70年代以来所出现的硝酸级不锈钢,主要指含C≤0.015%,Si≤0.10%,B≤10ppm,P≤0.02%,Mo≤0.2%的OOCr19Ni11和C≤0.02%,Si≤0.20%,P≤0.020%,Mo≤0.2%的OOCr25Ni20钢。

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